Какова связь между диаметром линзы и экспозицией?

Question

Все онлайн-калькуляторы для экспозиции, которые я видел, учитывают время, скорость пленки и диафрагму (которая зависит от диаметра ириса и фокусного расстояния объектива).

Однако я бы подумал, что объектив большего диаметра (с таким же фокусным расстоянием и апертурой) будет собирать больше света и, следовательно, быстрее!

Например, допустим, у меня сцена свечи на расстоянии 10 метров (32 фута) с черным задним ходом. У меня есть объектив диаметром 10 mm, скажем, с фокусным расстоянием 80 мм, диафрагмой f / 8 и 100 изопленкой. Это займет, скажем, 10000 секунд воздействия. Теперь, что, если мы получим четыре 10 mm объектива. Используйте некоторые причудливые расположения зеркал / призм, чтобы они сфокусировались на одном кусочке пленки. Это должно занять 1/4 времени (2500 секунд). Позволяет пока игнорировать искажения изображения.

Хорошо, так скажем, вместо четырех 10 mm объективов мы используем одну 20 mm линзу (что будет той же областью), я ожидаю, что это также займет 1/4 времени.

Однако это, похоже, не учитывает ни один из калькуляторов, которые я видел.

Я просто смотрю на калькуляторы мусора или что-то упустил?

Редактировать: Этот вопрос конкретно задает вопрос диаметр линзы и Экспозиция. Повторяющиеся связанные вопросы, касающиеся экспозиции ( не с учетом диаметра объектива или посмотрите на качество изображения и диаметр . Ни один из них вообще не касается моего вопроса!

Answer 1

Вы что-то упускаете. Когда дело доходит до фотометрической экспозиции, имеет значение угловая область светового конуса, входящего в линзу. Пока их объективы покрывают один и тот же угол обзора, очень большая камера и камера смартфона будут иметь одинаковую фотометрическую экспозицию. Одинаковое количество фотонов имеет одинаковую возможность войти в один и тот же световой конус.

Именно поэтому мы используем число f: оно устраняет необходимость знать точные, точные области апертуры. Поскольку число f представляет собой отношение двух ортогональных измерений - то есть фокусное расстояние объектива и диаметр входного зрачка расположены под прямым углом друг к другу - это еще один способ описания угла, отображаемого через касательную функцию. Как упоминалось ранее, одинаковые углы светового конуса с той же точки зрения камеры видят ту же интенсивность света, но это всего лишь касательная функция от того, чтобы сказать то же самое отношение фокусного расстояния к диаметру диафрагмы (то есть, числа f), увидеть одинаковая интенсивность света.

Обратите внимание, что фактический диаметр переднего элемента объектива не является диафрагмой объектива. Это размер входного зрачка , диафрагмы, если смотреть спереди на объектив. Для телеобъективов передний элемент должен быть достаточно большим, чтобы видеть все изображение радужной оболочки, иначе он будет действовать как ограничитель поля, ограничивая максимальный размер диафрагмы.

Но, глядя на переднюю часть широкоугольного объектива, вы заметите, что входной зрачок намного меньше, чем передний элемент. Это потому, что передний элемент большой (и сильно изогнутый и выпуклый) для сбора света из более широкого поля зрения.

Answer 2

Какова связь между диаметром линзы и экспозицией?

Для данного фокусного расстояния объектив с большим передним элементом обычно будет быстрее. То есть он будет иметь максимальную максимальную диафрагму, что позволит сократить время экспозиции.

Все онлайн-калькуляторы для экспозиции, которую я видел, с учетом времени, скорости пленки и диафрагмы (которая зависит от диаметра диафрагмы и фокусного расстояния объектива)

Размеры элементов перед радужной оболочкой определяются f-числом объектива. Вот почему, например, объективы Canon EF 50 мм с f / 2.5, f / 1.8, f / 1.4 и f / 1.2 имеют все более крупные передние элементы. Другой пример: объективы Canon EF 70-200 мм при f / 4 (размер фильтра 72 мм) и f / 2,8 (размер фильтра 77 мм):

Более крупные элементы стоят дороже, поэтому производители, как правило, используют самые маленькие линзовые элементы, какие только могут. Но для большей апертуры требуются элементы большего размера, чтобы поддерживать одинаковый угол обзора.

Однако, похоже, это не учитывается в калькуляторах, которые я видел.

Вы не ошиблись - линзы большего диаметра действительно собирают больше света. Вы просто не понимали, что число f, используемое калькуляторами, которые вы просматривали, уже учитывает это.

Answer 3

Диаметр линзы не имеет значения, пока диафрагма контролирует свет (а именно, «боке» расфокусированных прожекторов имеет форму отверстия диафрагмы). Действительная диафрагма гарантирует, что сенсор «видит» объектив только при «просмотре» отверстия диафрагмы. Добавление мертвой области линзы к сторонам активной области линзы не меняет этого. Это только добавляет вес и проблемы с объективом.

И наоборот, если вы возьмете проблемы с весом и объективом, вы захотите получить вознаграждение в виде большего числа максимальной диафрагмы. Никто не удваивает площадь объектива, не добавляя еще одну диафрагму к объективу. Это было бы глупо. Возможно, да, но глупо.

Answer 4

Форма большинства объективов камер представляет собой круг. Таким образом, ответ на ваш вопрос вращается вокруг математики, используемой для поиска области круга. Это связано с тем, что количество света, передаваемого на пленку или цифровой датчик, в основном зависит от площади захвата объектива (рабочий диаметр).

Вы знаете формулу для определения площади круга, это: Площадь = квадрат радиуса, умноженный на Пи. Таким образом, площадь круга 10 мм = 10 ÷ 2 х 10 ÷ 2 х 3,1416 = 75,5398 кв. Мм. Таким образом, площадь круга 20 мм составляет 20 ÷ 2 х 20 ÷ 2 х 3,1416 = 314,1593 кв. Мм. Таким образом, 20-миллиметровая диметровая линза проходит 314,1593 ÷ 75,55398 = 4. Другими словами, линза, в два раза больше диаметра другой, пропускает в 4 раза больше света.

Теперь основной единицей экспозиции, используемой в жаргоне фотографии, является диафрагма. Это увеличение изменения экспозиции = удвоение энергии экспонирования в два раза. Другими словами, чтобы удвоить экспозицию, вы увеличиваете или уменьшаете площадь объектива, чтобы добиться двукратного изменения. Это может быть достигнуто с помощью диафрагмы объектива или путем регулировки скорости затвора или их комбинации. Что касается разницы между объективом диаметром 10 мм и объективом 20 мм, это изменение устанавливает 4-кратное изменение, равное 2 диафрагмам.

Таким образом, формула для определения площади круглой линзы является ключом к вашему вопросу. Но, может быть, даже лучше факториал: умножьте диаметр любой линзы на квадратный корень из 2, и вы вычислите пересмотренный диаметр, который даст 2-кратное (1 диафрагменное) изменение. Этот ключевой номер 1,4142. Это значение также является фактором, используемым для вычисления набора чисел f: 1 - 1,4 - 2 - 2,8 - 4 - 5,6 - 8 - 11 - 16 - 22 - 32. Обратите внимание, что каждое число, идущее вправо, является его соседом слева, умноженным на 1,4. Каждое число, идущее влево, является его соседом справа, деленным на 1,4. Опять же, умножьте или разделите диаметр круга на 1,4, чтобы получить пересмотренный диаметр, который имеет удвоенную или половинную площадь поверхности. Что касается объектива, это означает изменение светопропускания в 2 раза.

Еще один фактор: количество света, проходящего через объектив, переплетает его диаметр с фокусным расстоянием. Если площадь захвата объектива увеличивается вдвое или вдвое, мы получаем 2-кратное изменение. Если фокусное расстояние удвоится или уменьшится вдвое, мы получим 4-кратное изменение. Это потому, что объектив создает изображение по проекции. Если мы удвоим фокусное расстояние, увеличение изображения изменится в 2 раза, а площадь проецируемых изображений изменится в 4 раза. Это переплетение создает дилемму. Чтобы решить это просто, мы возвращаемся к соотношению. Эта математика делит фокусное расстояние объектива на его рабочий диаметр и представляет значение, называемое фокусным отношением. Это знакомая нам система чисел f, которую мы используем. Опять же, число f переплетает потерю света или усиление изменения фокусного расстояния с потерей света или усилением изменения диафрагмы. Мы используем число f, чтобы убрать хаос.

Теперь у экспозиции есть математическая формула, называемая законом взаимности. E = экспозиция I = интенсивность проецируемого изображения T = время выдержки экспозиции. Формула E =! T (экспозиция = интенсивность, умноженная на время. Этот закон действует для обычной фотографии, однако его точность часто не срабатывает, когда пленка подвергается длительной экспозиции (1 секунда или дольше) или когда пленка подвергается экспозиции с использованием сверхкороткого времени экспозиции ( 1/1000 секунды или быстрее).

Все это сказано - если для проецирования изображения используется более одного объектива; и изображения накладываются, энергия экспонирования будет увеличена. Таким образом, если используются 4 одинаковых объектива, каждый из них вносит 25% энергии экспонирования.